硬件設(shè)計實戰(zhàn)第三篇 查找ESD設(shè)計問題十板斧

　　ESD是一種常見的近場危害源，可形成高電壓，強電場，瞬時大電流，并伴有強電磁輻射，形成靜電放電電磁脈沖。如果產(chǎn)品的ESD保護電路或者保護二極管選擇不合適，那么產(chǎn)品就會在遭受ESD沖擊時產(chǎn)生不良。

　　第一、了解產(chǎn)品所遵循的標準和防護等級，做到有的放矢

　　我們做產(chǎn)品ESD防護時，一定要知道產(chǎn)品所需要遵守的設(shè)計標準(GB/T 17626.2 IEC61000-4-2)，在該標準中，詳細的描述了各類產(chǎn)品的ESD放電規(guī)范和ESD保護等級，在前期的產(chǎn)品設(shè)計時，要嚴格按照該標準進行設(shè)計。但是，有些公司對產(chǎn)品的抗ESD水平比國家的ESD防護標準更加嚴格，這個時候應(yīng)該關(guān)注產(chǎn)品的開發(fā)規(guī)格書，做到有的放矢。

　　第二、 ESD測試工具和測試環(huán)境要符合測試標準

　　一旦產(chǎn)品完成設(shè)計后，就要對產(chǎn)品進行ESD測試，這時一定要滿足ESD標準對測試工具和測試環(huán)境的要求。比如ESD槍的儲能電容150pF±10% ，放電電阻 330Ω±10%，充電電阻50MΩ-100M歐姆等等。雖然ESD槍的標簽上有如此標簽，但是也要一段時間進行一次儀器校準，這樣就可以避免在自家測試通過，而在產(chǎn)品認證時失敗的情況。

　　第三、 重復(fù)試驗，找到放電路徑

　　ESD分析的一個重要的方法就是找到放電位置和放電路徑。ESD測試通常進行接觸放電，空氣放電，直接放電和間接放電。不管進行那種試驗時出現(xiàn)ESD問題，都要進行多批次，多重復(fù)測試，一直找到和出現(xiàn)問題時情況相同的放電路徑。這樣就可以專心分析出現(xiàn)此種問題的原因了。

　　第四、 認真分析，找出原因

　　ESD出現(xiàn)問題出現(xiàn)問題最常見的原因有以下幾個原因：a、靜電干擾發(fā)生時，瞬間高壓電通過放電元件和放電設(shè)計泄露到pcb地上，引起pcb地的不同程度的抬升，從而引起系統(tǒng)發(fā)生異常;b、靜電通過路徑被引到相關(guān)芯片相應(yīng)管腳，引起芯片管腳損壞從而產(chǎn)生不良;c、靜電直接打到接口電路或者關(guān)鍵模塊上，引起系統(tǒng)發(fā)生異常。因此，只要認真分析原因，就能知道真正原因。

　　第五、 針對找到的原因，對系統(tǒng)進行整改

　　對ESD的整改可以從以下幾個方面進行：尋找合適參數(shù)的ESD保護管(保護電壓，放電電容，正向?qū)妷旱?;移動影響受ESD干擾嚴重的信號線，使其遠離干擾源;移動容易遭受ESD干擾的關(guān)鍵元件，避免系統(tǒng)受到ESD影響，pcb板邊漏銅等方法。不同的ESD問題有不同的解決方法，只要針對發(fā)生ESD問題的原因，進行對應(yīng)的整改，就能解決該問題的方法。

　　第六、 ESD關(guān)鍵元件選擇

　　對于ESD的保護，通常選用TVS保護管和壓敏電阻或者尖端放電的方法。關(guān)于TVS管的穩(wěn)壓特性，壓敏電阻承受浪涌電流大，還有放電速度，可靠性，老化和使用壽命等各種元件的特性要了如之掌。其次還要關(guān)注性價比問題。

　　第七、 重視pcb的接地處理

　　ESD問題最常見的就是靜電泄露引起地平面的波動，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本人在EEPW上發(fā)表了一系列的文章：詳解PCB板的ESD http://www.ex-cimer.com/article/275810.htm，一個設(shè)計問題引發(fā)的ESD深思 http://www.ex-cimer.com/article/201611/340141.htm ，一些良好的設(shè)計PCB的方法 http://www.ex-cimer.com/article/278448.htm?ej9ce。以上幾篇短文對pcb設(shè)計和ESD保護有著詳細的說明，當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于ESD保護的介紹也有很多方法。

　　第八、 結(jié)構(gòu)配合

　　電子工程師和結(jié)構(gòu)工程師在ESD防護上同等重要，甚至結(jié)構(gòu)工程師在ESD防護中比電子工程師角色更加重要。同樣一款pcb產(chǎn)品，通過結(jié)構(gòu)工程師修改結(jié)構(gòu)設(shè)計，能承受ESD保護等級會不斷的提升。在本人的工作過程中，針對ESD問題，通過結(jié)構(gòu)工程師修改模具，最終得到很好的保護。

　　第九、 ESD不是電子或者結(jié)構(gòu)的任務(wù)，需要重視整機組裝

　　一旦產(chǎn)品定型，電子設(shè)計已經(jīng)得到很好的設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)沒有優(yōu)化的空間，那么我們需要在產(chǎn)品整機組裝時特別關(guān)注按鍵，接口和縫隙處的組裝問題。通過解決整機的組裝問題來減小放電位置縫隙過大的問題，達到保護機殼對pcb的保護。

　　第十、 ESD操作規(guī)范，重新測試，直至出現(xiàn)問題不在出現(xiàn)

　　國家標準中對空氣放電和接觸放電等操作都有嚴格的操作手法，我們自己在產(chǎn)品測試時一定要嚴格國家標準的操作手法，這樣可以避免因為手法不對而不能暴露問題。如果產(chǎn)品是首次進行ESD測試，一定要對產(chǎn)品的各個放電位置進行嚴格測試，將各種問題徹底暴露出來，這樣有足夠的時間進行ESD整改。

　　如果大家對ESD保護方面感興趣，歡迎大家到EEPW論壇進行相關(guān)方面的討論和交流。